无溶剂有机合成ppt课件

1、第五讲第五讲无溶剂有机合成无溶剂有机合成 在有机化学物质的合成过程中在有机化学物质的合成过程中(尤其是固体物尤其是固体物质参与的反响质参与的反响)运用有机溶剂是较为普遍的，这些运用有机溶剂是较为普遍的，这些有机溶剂会散失到环境中呵斥污染。各国化学家有机溶剂会散失到环境中呵斥污染。各国化学家发明并研讨了许多取代传统有机溶剂的绿色化学发明并研讨了许多取代传统有机溶剂的绿色化学方法。如：以水为介质、以超临界流体方法。如：以水为介质、以超临界流体(如如CO2)为溶剂、以室温离子液体为溶剂等方法，而最彻为溶剂、以室温离子液体为溶剂等方法，而最彻底的方法是完全不用溶剂的无溶剂有机合成。底的方法是完全不用溶

2、剂的无溶剂有机合成。传统有机溶剂的优点：传统有机溶剂的优点：1、能很好地溶解有机反响物；、能很好地溶解有机反响物；2、使反响物分子在溶液中均匀分散；、使反响物分子在溶液中均匀分散；3、稳定地进展能量交换。、稳定地进展能量交换。传统有机溶剂的缺陷：传统有机溶剂的缺陷：1、毒性、挥发性；、毒性、挥发性；2、难以回收。、难以回收。 无溶剂有机反响最初被称为固态有机反响，无溶剂有机反响最初被称为固态有机反响，由于它研讨的对象通常是低熔点有机物之间的由于它研讨的对象通常是低熔点有机物之间的反响。反响。 反响时，除反响物外不加溶剂，固体物反响时，除反响物外不加溶剂，固体物直接接触发生反响。直接接触发生反响

3、。 实验结果阐明，很多固态实验结果阐明，很多固态下发生的有机反响，较溶剂中更为有效和更能下发生的有机反响，较溶剂中更为有效和更能到达好的选择性。因此，到达好的选择性。因此，90 年代初人们明确提年代初人们明确提出出“无溶剂有机合成，它既包括经典的固无溶剂有机合成，它既包括经典的固固固反响，又包括气反响，又包括气固反响和液固反响和液固反响。固反响。一、无溶剂有机反响一、无溶剂有机反响 无溶剂反响机理与溶液中的反响一样，反响无溶剂反响机理与溶液中的反响一样，反响的发生来源于两个反响物分子的分散接触，接着的发生来源于两个反响物分子的分散接触，接着发生反响，生成产物分子。此时生成的产物分子发生反响，生

4、成产物分子。此时生成的产物分子作为一种杂质和缺陷分散在母体反响物中，当产作为一种杂质和缺陷分散在母体反响物中，当产物分子聚集到一定大小，出现产物的晶核，从而物分子聚集到一定大小，出现产物的晶核，从而完成成核过程，随着晶核的长大，出现产物的独完成成核过程，随着晶核的长大，出现产物的独立晶相。立晶相。二、无溶剂反响的操作方法二、无溶剂反响的操作方法无溶剂反响主要采用如下方法：无溶剂反响主要采用如下方法：(1) 室温下，用研钵粉碎、混合、研磨固体反响原室温下，用研钵粉碎、混合、研磨固体反响原料即可反响。料即可反响。(2) 将固体原料搅拌混合均匀之后或加热或静置即可，将固体原料搅拌混合均匀之后或加热或

5、静置即可，加热时既可采用常规加热亦可用微波加热的方法加热时既可采用常规加热亦可用微波加热的方法(3) 用球磨机或高速振动粉碎等强力机械方法以及用球磨机或高速振动粉碎等强力机械方法以及超声波的方法。超声波的方法。(4) 主主- 客体方法，以反响底物为客体，以一定比例客体方法，以反响底物为客体，以一定比例的另一种适当分子为主体构成包结化合物，然后再的另一种适当分子为主体构成包结化合物，然后再设法使底物发生反响，这时反响的定位选择性或光设法使底物发生反响，这时反响的定位选择性或光学选择性等都会因主体的作用而有所改动或改善，学选择性等都会因主体的作用而有所改动或改善，甚至变成只需一种选择。甚至变成只需

6、一种选择。 利用上述方法反响之后，再根据原料及产物利用上述方法反响之后，再根据原料及产物的溶解性能，选择适当的溶剂，将产物从混合物的溶解性能，选择适当的溶剂，将产物从混合物中提取出来或将未反响完原料除去，即可得较纯中提取出来或将未反响完原料除去，即可得较纯真产品。所用溶剂为无毒或毒性较低的水、乙醇、真产品。所用溶剂为无毒或毒性较低的水、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。丙酮、乙酸乙酯等。 显然，上述方法中，室温下的反响能耗最少，显然，上述方法中，室温下的反响能耗最少，最为简单。其次是加热方法，能耗较高的是机械最为简单。其次是加热方法，能耗较高的是机械方法。方法。无溶剂有机反响可在固态、液态及熔融形状下进

7、无溶剂有机反响可在固态、液态及熔融形状下进展，也可以超声波、微波协助反响，或经过机械展，也可以超声波、微波协助反响，或经过机械能完成。能完成。三、无溶剂有机反响的优点和缺乏三、无溶剂有机反响的优点和缺乏无溶剂固态有机合成中由于没有溶剂的参与，减无溶剂固态有机合成中由于没有溶剂的参与，减少了溶剂的挥发和废液的排放，也就降低了污少了溶剂的挥发和废液的排放，也就降低了污染；同时，熔点在染；同时，熔点在150 以下的有机固体原料只需以下的有机固体原料只需室温搅拌、研磨，不需求加热操作，因此节能、室温搅拌、研磨，不需求加热操作，因此节能、方便；由于不用溶剂降低了消费本钱。方便；由于不用溶剂降低了消费本钱

8、。一无溶剂合成的优点1低污染、低能耗、操作简单：低污染、低能耗、操作简单： 无溶剂合成为反响提供了与传统溶液反响无溶剂合成为反响提供了与传统溶液反响不同的新的分子环境，有能够使反响的选择性、不同的新的分子环境，有能够使反响的选择性、转化率得到提高。由于在固体形状下，固态分转化率得到提高。由于在固体形状下，固态分子遭到晶格的束缚，分子的构象被冻结，反响子遭到晶格的束缚，分子的构象被冻结，反响分子有序陈列，可实现定向反响，提高了反响分子有序陈列，可实现定向反响，提高了反响的选择性。的选择性。 生物体内的酶催化有序反响兼有固生物体内的酶催化有序反响兼有固液相反响的双重特征。液相反响的双重特征。 因此

9、，研讨固态有机反因此，研讨固态有机反响不仅对有机化学的开展有重要的实际和实践响不仅对有机化学的开展有重要的实际和实践意义，也将为生命科学的研讨提供实际根据。意义，也将为生命科学的研讨提供实际根据。2) 较高的选择性较高的选择性:在固体中，反响物分子处于受限形状，分子构象相在固体中，反响物分子处于受限形状，分子构象相对固定，而且，可利用构成包结物、混晶、分子晶对固定，而且，可利用构成包结物、混晶、分子晶体等手段控制反响物的分子构型，尤其是经过与光体等手段控制反响物的分子构型，尤其是经过与光学活性的主体化合物构成包结物控制反响物分子构学活性的主体化合物构成包结物控制反响物分子构型，实现了对映选择性

10、的固态不对称合成。型，实现了对映选择性的固态不对称合成。3 控制分子构型控制分子构型:无溶剂的固态或液态有机反响，由于没有溶剂分无溶剂的固态或液态有机反响，由于没有溶剂分子的介入，反响体系的微环境不同于溶液，呵斥子的介入，反响体系的微环境不同于溶液，呵斥了反响部位的部分高浓度，提高了反响效率。了反响部位的部分高浓度，提高了反响效率。 同时没有溶剂，可使产物的分别提纯过程变得较同时没有溶剂，可使产物的分别提纯过程变得较容易进展。容易进展。(4) 提高反响效率提高反响效率:特别是对以往运用有机溶剂较为普遍的固体物质特别是对以往运用有机溶剂较为普遍的固体物质参与的反响，会存在如下一些问题。参与的反响

11、，会存在如下一些问题。二无溶剂有机合成的缺乏二无溶剂有机合成的缺乏1反响能否进展？反响能否进展？ 并非一切有机反响都能在无溶剂并非一切有机反响都能在无溶剂条件下进展，由于固体反响物粉末混合时，异种分子条件下进展，由于固体反响物粉末混合时，异种分子间难以接近到一个小间隔间难以接近到一个小间隔(如如 1nm)，碰撞几率降低；，碰撞几率降低；需求进一步研讨采用什么方法促进反响的进展。需求进一步研讨采用什么方法促进反响的进展。2散热问题：有些无溶剂反响在固体形状下进展，反散热问题：有些无溶剂反响在固体形状下进展，反响系统无流动性，反响放出的热量难以散失，大规模响系统无流动性，反响放出的热量难以散失，大

12、规模的消费比较困难。的消费比较困难。3分别问题：分别问题： 假设反响不是定量完成，仍有分别问假设反响不是定量完成，仍有分别问题，又有能够运用有机溶剂。题，又有能够运用有机溶剂。四、无溶剂有机合成的反响方法及实例四、无溶剂有机合成的反响方法及实例一用球磨法反响一用球磨法反响 在圆筒形金属制反响器中参与金属球和要在圆筒形金属制反响器中参与金属球和要进展反响的物质，使反响器旋转，进展研磨以进展反响的物质，使反响器旋转，进展研磨以实现反响。实现反响。 为除去环境污染物中的有害有机氯化物，为除去环境污染物中的有害有机氯化物，如如DDT双对氯苯基三氯乙烷双对氯苯基三氯乙烷 (ClC6H4)2CH(CCl3

13、) 、PCB多氯化联多氯化联(二二)苯苯 、氯苯、二恶英等把污染物与、氯苯、二恶英等把污染物与Mg、或、或Ca、CaO 等混合用球磨法研磨等混合用球磨法研磨6h 可脱氯。可脱氯。 又如烯胺类物质又如烯胺类物质1 与物质与物质2， 用球磨法反响用球磨法反响3h ，再加热到再加热到80C 、5min，150C、5min ，系统经，系统经一系列反响得产物一系列反响得产物3：是比球磨法更强的机械作用方法，在密封的不锈是比球磨法更强的机械作用方法，在密封的不锈钢制反响器中参与不锈钢球，反响器以钢制反响器中参与不锈钢球，反响器以3500rpm 的转速旋转，使参与的物质发生反响。的转速旋转，使参与的物质发生

14、反响。二用高速振动粉碎法反响二用高速振动粉碎法反响如如C60 的的(2+2)加成生成二聚体加成生成二聚体C120 的反响，是将的反响，是将C60 与与KCN 或或KOAc、K2CO3 及微量的及微量的Li或或Na、K 等碱金属一同进展高速振动粉碎条件下的反响，等碱金属一同进展高速振动粉碎条件下的反响，无机物是作触媒的，反响无机物是作触媒的，反响30min 到达平衡，二聚体到达平衡，二聚体含量为含量为30%。以离子液体以离子液体(BMIM)AlCl4 为催化剂为催化剂(BMIM：1-丁丁基基-3-甲基咪唑阳离子甲基咪唑阳离子)， 进展醇或酚的四氢吡喃化进展醇或酚的四氢吡喃化反响，四氢吡喃化是多步

15、有机合成中最常用的维反响，四氢吡喃化是多步有机合成中最常用的维护与去维护方法。护与去维护方法。三用离子液体催化反响三用离子液体催化反响当当ROH 为环已醇时，在为环已醇时，在25 反响反响5min，转化率，转化率达达100%。共研讨了。共研讨了9 种醇或酚的反响，其中种醇或酚的反响，其中8 种种转化率达转化率达100% ，离子液体可用乙醚萃取并循环运，离子液体可用乙醚萃取并循环运用。用。运用有光学活性的主体进展固相不对称复原反响。光运用有光学活性的主体进展固相不对称复原反响。光学活性的学活性的7 或或8作为主体与酮作为主体与酮9(客体客体)的包接化合物结的包接化合物结晶粉末，与硼烷乙二胺晶粉末

16、，与硼烷乙二胺(2BH3 NH2CH2CH2NH2)的的配合物粉末混合，反响可得到光学活性的醇配合物粉末混合，反响可得到光学活性的醇R-(+)-10，反响的收率及光学活性见表反响的收率及光学活性见表1。四运用主体四运用主体-客体包接化合物的方法客体包接化合物的方法1、不对称复原反响、不对称复原反响对环状的酮分子对环状的酮分子11 与主体与主体8a 以以1:1 的包接化合物粉的包接化合物粉末，用末，用NaBH4 复原，混合两种粉末，放置复原，混合两种粉末，放置3d ，使，使之反响，得到之反响，得到100ee%光学纯的光学纯的(R,R)-(-)-12 分子，分子，收率收率54% 55% 。反响物。

17、反响物11 分子左下角的分子左下角的O 原子原子与主体与主体8 构成氢键故未复原。构成氢键故未复原。2、不对称合成中的、不对称合成中的Wittig 反响反响以分子以分子8b 或或8c 为主体与酮构成的包接化合物结晶粉为主体与酮构成的包接化合物结晶粉末，与末，与Wittig 试剂试剂14 的粉末反响，不对称构型选择的粉末反响，不对称构型选择性很高，见以下反响式：性很高，见以下反响式：以吡啶酮以吡啶酮18 为客体，化合物为客体，化合物19 为主体构成的为主体构成的1:1 包接化合物，经光照吡啶酮包接化合物，经光照吡啶酮18 发生分子内环加成发生分子内环加成反响，得到光学纯度为反响，得到光学纯度为1

18、00%的内酰胺的内酰胺20。五光化反响五光化反响1、二苯乙二酮、二苯乙二酮(21)与与2 倍量的倍量的KOH 用研钵混合研磨，用研钵混合研磨，在在80 反响反响12min后，混合物用稀酸洗净，得酸后，混合物用稀酸洗净，得酸22，产率产率90% 。苯环上有吸电子基时反响加快，有供电。苯环上有吸电子基时反响加快，有供电子基时反响变慢。子基时反响变慢。六用研钵研磨反响六用研钵研磨反响2、醛酮缩合反响、醛酮缩合反响当当23 中中Ar 为为p-MeC6H4 和和24 中中Ar为为Ph 时，时，与与NaOH 在室温下用研钵混合研磨在室温下用研钵混合研磨5min，最初，最初的液状物变为淡黄色固体，加水过滤得

19、的液状物变为淡黄色固体，加水过滤得26(对甲对甲基查耳酮基查耳酮) ，收率，收率97% 。文献共研讨了。文献共研讨了7个详细个详细的反响，多数情况无溶剂比在的反响，多数情况无溶剂比在50%乙醇水溶液乙醇水溶液中反响收率要高。中反响收率要高。文献报道用蒙脱土文献报道用蒙脱土K-10 担载的担载的Fe(NO3)3为氧化剂，为氧化剂，使伯醇、仲醇氧化为醛和酮的反响。用超声波照射，使伯醇、仲醇氧化为醛和酮的反响。用超声波照射，反响时间反响时间15 60s 醛或酮的产率达醛或酮的产率达87% 96%。文献报道用文献报道用Al2O3 担载的醋酸钾担载的醋酸钾KAc 与与1-溴辛烷反响，溴辛烷反响，用超声波

20、照射，反响时间用超声波照射，反响时间2min，醋酸酯的产率，醋酸酯的产率达达99%。七七 用超声波照射反响用超声波照射反响蒙脱土蒙脱土K-10K-10为试剂级纳米蒙脱土为试剂级纳米蒙脱土, ,系蒙皂石粘土系蒙皂石粘土包括钙基、钠基、钠包括钙基、钠基、钠- -钙基、镁基蒙粘土经剥钙基、镁基蒙粘土经剥片分散、提纯改型、超细分级、特殊有机复合而片分散、提纯改型、超细分级、特殊有机复合而成，平均晶片厚度小于成，平均晶片厚度小于25nm25nm，蒙脱石含量大于，蒙脱石含量大于95%95%。具有良好的分散性能，可以广泛运用高分子资料具有良好的分散性能，可以广泛运用高分子资料行业作为纳米聚合物高分子资料的添

21、加剂，提高行业作为纳米聚合物高分子资料的添加剂，提高抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等，抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等，从而起到加强聚合物综合物理性能的作用，同时从而起到加强聚合物综合物理性能的作用，同时改善物料加工性能。改善物料加工性能。 蒙脱土蒙脱土K-10K-10，比外表积，比外表积 240 m2/g 240 m2/g 用途：固体路易斯酸用途：固体路易斯酸(Solid Lewis acid)(Solid Lewis acid)催催化剂化剂 ，催化醚化，催化醚化/ /酯化反响。酯化反响。文献报道用醇文献报道用醇27 之粉末，在枯燥器中与之粉末，在枯燥器中与HCl 气体气

22、体接触反响接触反响5h ，得烯，得烯28 ，产率达，产率达99-100%。八在枯燥器中反响八在枯燥器中反响 在室温下放置在室温下放置3h ，产物，产物31 的产率为的产率为25%。 显然室温下静置能耗最少，最为简易；其次显然室温下静置能耗最少，最为简易；其次是加热静置或加热搅拌；相比之下其它机械方法是加热静置或加热搅拌；相比之下其它机械方法能耗较高，或仪器多、操作较复杂。能耗较高，或仪器多、操作较复杂。如如2-甲基环己酮甲基环己酮(29)与甲基乙烯基甲酮与甲基乙烯基甲酮(30)在无在无溶剂条件下发生溶剂条件下发生Robinson 缩环反响如下缩环反响如下九加热静置或室温下静置反响九加热静置或室温下静置反响五、无溶剂有机合成反响的类型五、无溶剂有机合成反响的类型一些较为典型的反响类型一些较为典型的反响类型 (不再一一写出详细的不再一一写出详细的反响实例反响实例)一热反响一热反响(1)氧化反响：如氧化反响：如Baeyer-Villiger 氧化反响氧化反响(2)复原反响：如用复原反响：如用NaBH4 使酮复原为醇使酮复原为醇(3)Cannizzaro 歧化反响：如将醛歧化为醇和酸歧化反响：如将醛歧化为醇和酸(4)加成反响：如卤素和卤化氢加